Question

Смесь железа и железной окалины массой 5 г растворили в избытке раствора соляной кислоты и затем обработали избытком гидроксида натрия. Выпавший осадок обработали и перенесли в сосуд с перекисью водорода. Через некоторое время осадок отфильтровали и прокалили, масса остатка составила 8 г. Определите процентный состав исходной смеси.

Answer 1

Дано:

m(смеси) = 5 гр

m(Fe₂O₃) = 8 гр

-------------------------------

Найти:

ω(Fe) - ?

ω(Fe₃O₄) - ?

Решение:

1) Для начала мы запишем все уравнения реакций про железо с избытком HCl, NaOH, H₂O₂ и с прокаливанием, что-бы было проще:

1. Fe + 2HCl(изб.)  → FeCl₂ + H₂↑
2. FeCl₂ + 2NaOH(изб.) → Fe(OH)₂↓ + 2NaOH
3. 2Fe(OH)₂ + H₂O₂ → 2Fe(OH)₃↓
4. 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃↓ + 3H₂O

2) Для начала мы найдем количество вещества у осадка которого мы отфильтровали и прокалили, а потом при помощи этих реакций мы найдем количество вещества у железа:

M(Fe₂O₃) = 56×2+16×3 = 112+48 = 160 гр/моль

n(Fe₂O₃) = m(Fe₂O₃)/M(Fe₂O₃) = 8 гр / 160 гр/моль = 0,05 моль ⇒ n(Fe(OH)₃) = 2n(Fe₂O₃) = 2×0,05 моль = 0,1 моль ⇒

n(Fe(OH)₂) = n(Fe(OH)₃) = 2:2 = 1:1 = 0,1 моль ⇒

n(FeCl₂) = 1/2 × n(Fe(OH)₂) = 1/2 × 0,1 моль = 0,05 моль ⇒

n(Fe) = n(FeCl₂) = 0,05 моль

3) Теперь находим массу железа:

M(Fe) = 56 гр/моль

m(Fe) = n(Fe) × M(Fe) = 0,05 моль × 56 гр/моль = 2,8 гр

4) Теперь находим массовую долю состава железа, а потом у железной окалины:

ω(Fe) = m(Fe)/m(смеси) × 100% = 2,8 гр / 5 гр × 100% = 0,56 × 100% = 56%

ω(Fe₃O₄) = 100% - ω(Fe) = 100% - 56% = 44%

Ответ: ω(Fe) = 56% ; ω(Fe₃O₄) = 44%

Answer 2

Давайте разберемся в этой задаче по шагам.

1. Сначала реакция с соляной кислотой:

Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2↑

Молярная масса Fe = 55.85 г/моль. Молярная масса H2 = 2 г/моль.

Масса Fe в исходной смеси = 5 г. С учетом реакции, один моль Fe соответствует одному молю H2, таким образом, моль H2, выделенный в результате реакции, также составляет 5 г / 55.85 г/моль = 0.0894 моль.

2. Затем обработка избытком гидроксида натрия:

FeCl2 + 2NaOH -> Fe(OH)2 + 2NaCl

Молярная масса NaOH = 40 г/моль. Молярная масса Fe(OH)2 = 89.85 г/моль.

По уравнению реакции, один моль FeCl2 соответствует одному молю Fe(OH)2. Таким образом, количество молей Fe(OH)2 равно количеству молей FeCl2, которое равно количеству молей Fe, растворенных в избытке HCl.

Моль масса Fe(OH)2 = 89.85 г/моль Моль масса FeCl2 = 126.75 г/моль

Масса Fe(OH)2 = 0.0894 моль * 89.85 г/моль = 8.03 г

3. Теперь мы знаем, что после реакции с гидроксидом натрия и последующей фильтрации у нас осталось 8 г осадка Fe(OH)2.

4. Затем этот осадок обрабатывается и переносится в сосуд с перекисью водорода (H2O2). Это может быть реакция образования гидроксида железа:

2Fe(OH)2 + H2O2 -> 2Fe(OH)3

Молярная масса Fe(OH)3 = 106.86 г/моль.

Снова смотрим на количество молей Fe(OH)3:

Моль масса Fe(OH)3 = 106.86 г/моль Масса Fe(OH)3 = 8 г Количество молей Fe(OH)3 = 8 г / 106.86 г/моль = 0.0749 моль

5. Теперь мы знаем количество молей исходного железа и моли массу.

Масса исходной смеси = масса Fe (исходное железо) + масса Fe(OH)3 (после обработки) = 5 г + 8 г = 13 г.

Теперь мы можем вычислить процентное содержание железа в исходной смеси:

Процентное содержание Fe = (масса Fe / масса исходной смеси) * 100% = (5 г / 13 г) * 100% ≈ 38.46%

Таким образом, процентное содержание железа в исходной смеси составляет примерно 38.46%.